光纖通信在技防網(wǎng)中的工程應(yīng)用

孟令暉 （天津泰達(dá)有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司 天津300456）

光纖通信在技防網(wǎng)中的工程應(yīng)用

孟令暉 （天津泰達(dá)有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司 天津300456）

以天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)技防網(wǎng)項目為例，主要介紹光纖網(wǎng)絡(luò)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的工程應(yīng)用，其中包括光纖網(wǎng)絡(luò)的特點、系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用、建設(shè)施工要求、鏈路測試維護(hù)等方面所涉及的諸多問題。

光纖 技防 施工 測試

0 引言

濱海新區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，離不開穩(wěn)定和諧的社會治安秩序。公安系統(tǒng)為打擊多樣化和復(fù)雜化的違法犯罪活動，把視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為“三防”體系中“技防”的重要組成部分，通過光纖網(wǎng)絡(luò)鏈接的視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成了技防網(wǎng)的核心部分。技防網(wǎng)不僅為公安部門節(jié)省了大量的警力，同時為取證工作保留了最具說服力的錄像證據(jù)。

光纖系統(tǒng)以其傳輸可靠性和工作效能高、視頻信號失真度小、安全性高、適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點在技防網(wǎng)組網(wǎng)中被廣泛使用。

1 光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的特點

與銅線、同軸電纜、無線等傳輸系統(tǒng)相比，光纖通信系統(tǒng)的主要特點及優(yōu)勢為：長距離傳輸時，光纖通信的保真度和畫面清晰度比銅纜系統(tǒng)要高得多；光纖不受電磁輻射與雷擊等任何電氣干擾的影響；光纖不存在交擾橫條、圖像撕扯等問題；對光纖進(jìn)行維護(hù)時，無需對光端機(jī)斷電；光纖傳輸安全性高，很難竊聽；光纖不會生銹或腐蝕，可適用于任何環(huán)境條件；光纖幾乎不受天氣條件的影響，如使用得當(dāng)，它能耐受風(fēng)荷載和冰荷載帶來的應(yīng)力；光纖傳輸損耗小、效率高，并且不需要中繼器，設(shè)備可靠性高，容易維護(hù)；光纜比銅電纜更容易搬運(yùn)、敷設(shè)、安裝；光纖是絕緣體，沒有電位差和接地問題。

隨著技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化，光纖的價格已經(jīng)接近或低于銅纜的價格，因此，在組建公安技防網(wǎng)時光纖通信被作為首選的傳輸網(wǎng)絡(luò)。

2 光纖通信系統(tǒng)的主要設(shè)備

光纖通信系統(tǒng)主要由光纜、光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)組成。

技防網(wǎng)項目中的光纖通信系統(tǒng)，光纜采用頻帶寬和色散小的單模光纖，以滿足長距離和大數(shù)據(jù)量的視頻信息傳輸。光發(fā)射機(jī)是一個電光轉(zhuǎn)換裝置，主要由發(fā)光器件、預(yù)校正電路、調(diào)制電路以及驅(qū)動電路組成。它接受攝像機(jī)的視頻輸出，通過調(diào)制電路將其轉(zhuǎn)換成光信號并將它耦合到光纖中進(jìn)行傳輸。

光接收機(jī)是一個光電轉(zhuǎn)換裝置，主要由光電檢測器、低噪聲前置放大器、均衡濾波整形電路、解調(diào)再生電路及其他信號處理電路組成。光接收機(jī)探測經(jīng)過傳輸?shù)奈⑷豕庑盘枺⒁宰钚〉母郊釉肼暭笆д嫒シ糯蟆⒃偕謴?fù)成原傳輸?shù)碾娦盘枴?/p>

3 光纖通信系統(tǒng)在技防網(wǎng)中的設(shè)計應(yīng)用

在光纖通信系統(tǒng)中，實際上光只是載波。由于光的頻率比無線電信號的頻率高的多，因此光纖的帶寬非常大，從而可以使許多路圖像信號連同控制信號、音頻信號一起調(diào)制到同一根光纖上去傳輸。

開發(fā)區(qū)技防網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)邏輯關(guān)系分為3部分：前端視頻采集部分、光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸部分和中心控制管理部分。其中前端視頻采集部分主要設(shè)備為室外一體化快速球型攝像機(jī)。光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸部分包括：光纖網(wǎng)絡(luò)、視頻光端發(fā)射機(jī)、視頻光端接收機(jī)。中心控制管理部分包括：權(quán)限分配管理設(shè)備、模擬視頻矩陣、控制鍵盤、編碼器、視頻管理系統(tǒng)、硬盤錄像機(jī)、UPS、磁盤陣列等。

開發(fā)區(qū)技防網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的總拓?fù)鋱D見圖1。

光纖網(wǎng)絡(luò)作為技防網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的組成部分，是技防網(wǎng)重要的物理鏈路層。它依托于廣電網(wǎng)絡(luò)的有線電視綜合信息網(wǎng)絡(luò)，其骨干網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為物理環(huán)行，邏輯星形，各分前端為“日”字環(huán)行結(jié)構(gòu)，環(huán)網(wǎng)以逆時針傳輸為主環(huán)，順時針傳輸為備用環(huán)，信號可以從不同的路由到達(dá)分前端，保證傳輸可靠性。光纖鏈路由各分前端至監(jiān)控點位為星形結(jié)構(gòu)，各分前端數(shù)據(jù)信息經(jīng)廣電環(huán)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)匯集至110中心機(jī)房。

4 光纖網(wǎng)絡(luò)的施工要求

4.1 光纜戶外施工

施工前應(yīng)核對管道占用情況，清洗、安放塑料子管，同時放入牽引線；計算好布放長度，一定要有足夠的預(yù)留長度；一次布放長度不要太長（一般2 km），布線時應(yīng)從中間開始向兩邊牽引；布纜牽引力一般不大于120 kg，而且應(yīng)牽引光纜的加強(qiáng)核心部分，并作好光纜頭部的防水加強(qiáng)處理。

4.2 建筑物內(nèi)的光纜敷設(shè)

垂直敷設(shè)時，應(yīng)特別注意光纜的承重問題，一般每兩層要將光纜固定一次。如果建筑物內(nèi)有弱電井（豎井），且網(wǎng)絡(luò)中心位于弱電井（豎井）內(nèi)，則光纜沿著在弱電井（豎井）敷設(shè)好的垂直金屬線槽敷設(shè)到建筑網(wǎng)絡(luò)中心；否則（包括建筑物內(nèi)沒有弱電井或豎井的情況）光纜沿著在樓道內(nèi)敷設(shè)好的垂直金屬線槽敷設(shè)到網(wǎng)絡(luò)中心。在建筑物內(nèi)敷設(shè)光纜時可以不用鋼絲繩，如果沿垂直金屬線槽敷設(shè)，則只需在光纜路徑上每2層樓或每10.5 m用纜夾吊住即可。如果光纜沿墻面敷設(shè)，只需每1 m系一個纜扣或裝一個固定的夾板。

圖1 開發(fā)區(qū)技防網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)總拓?fù)鋱D

4.3 光纜敷設(shè)要求

敷設(shè)時應(yīng)嚴(yán)格控制光纜所受拉力和側(cè)壓力，必要時應(yīng)詢問光纜相關(guān)機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo)；嚴(yán)格控制光纜的彎曲半徑，施工中彎曲半徑不得小于光纜允許的動態(tài)彎曲半徑，定位時彎曲半徑不得小于光纜允許的靜態(tài)彎曲半徑；光纜穿管或分段施放時應(yīng)嚴(yán)格控制光纜扭曲，必要時宜采用倒“8”字方法，使光纜始終處于無扭狀態(tài)，以去除扭絞應(yīng)力，確保光纜的使用壽命。

5 光纖網(wǎng)絡(luò)檢測及維護(hù)

隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，光纖鏈路中的新品種和新結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)品質(zhì)量也不斷地提高。由于一條完整的光纖鏈路的性能不僅取決于光纖本身的質(zhì)量，而且還取決于光連接頭的質(zhì)量、施工的工藝和光設(shè)備的安裝，所以對光纖鏈路進(jìn)行測試是十分必要的。

5.1 光纖鏈路中主要測試類型

光纜在施工敷設(shè)及光纖鏈路的日常維護(hù)中，需要使用不同的光測試儀器進(jìn)行各種測試，其測試項目主要包括：

衰減測試：衰減測試可以確定光纖鏈路中所有無源器件的損耗，這些無源器件包括光纜、光纖適配器、光纖接續(xù)盒、光跳纖、光尾纖等。主要測試儀器有光源、光功率計、光時域反射儀（OTDR）等。

長度測試：測試光纖鏈路的長度，測試儀器通常使用光時域反射儀（OTDR）。

故障定位測試：對于光纖鏈路的故障點進(jìn)行精確的定位，主要測試儀器有：光時域反射儀（OTDR）、光纖信號識別器、紅光源等。

5.2 光纖鏈路主要測試儀器簡介

5.2.1 光時域反射儀 OTDR測試是通過發(fā)射光脈沖到光纖內(nèi)，然后在OTDR端口接收返回的信息來進(jìn)行。當(dāng)光脈沖在光纖內(nèi)傳輸時，會由于光纖本身的性質(zhì)、連接器、接合點、彎曲或其他類似的事件而產(chǎn)生散射、反射。其中一部分的散射和反射就會返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探測器來測量，它們就作為光纖內(nèi)不同位置上的時間或曲線片斷。

5.2.2 OTDR常見測試曲線分析 一般為正常曲線圖，A為盲區(qū)，B為測試末端反射峰。測試曲線為傾斜的，隨著距離的增長，總損耗會越來越大。用總損耗（dB）除以總距離（km）就是該段纖芯的平均損耗（dB/Km），見圖2。

圖2 OTDR測試正常曲線

光纖存在跳接點，即中間多了一個反射峰，因為很有可能中間是一個跳接點。能夠出現(xiàn)反射峰，很多情況是因為末端的光纖端面是平整光滑的。端面越平整，反射峰越高，見圖3。

圖3 OTDR光纖存在跳接點曲線

異常情況見圖4。出現(xiàn)圖中這種情況，有可能是儀表的尾纖沒有插好，或者光脈沖根本打不出去，再有就是斷點位置比較近，同時所使用的距離、脈沖設(shè)置又比較大，看起來就像光沒有打出去一樣。出現(xiàn)這種情況，一要檢查尾纖連接情況，二要把OTDR的設(shè)置改一下，把距離、脈沖調(diào)到最小，如果還是有這種情況的話，可以判斷：①尾纖有問題；②OTDR上的適配器問題；③斷點十分近，OTDR不足以測試出距離來。

圖4 OTDR光纖測試異常曲線

非反射事件見圖5。這種情況比較多見，曲線中間出現(xiàn)一個明顯的臺階，多數(shù)為該纖芯打折，彎曲過小，受到外界損傷等因素。曲線中的這個臺階是比較大的一個損耗點，也可以稱為事件點，曲線在該點向下掉，稱為非反射事件，如果曲線在該點向上翹的話，那就是反射事件了。這時，該點的損耗點就成了負(fù)值，但并不是說它的損耗小了，這是一種偽增益現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的原因是由于接頭兩側(cè)光纖的背向散射系數(shù)不一樣，接頭后光纖背向散射系數(shù)大于前段光纖背向散射系數(shù)，而從另一端測則情況正好相反，折射率不同也有可能產(chǎn)生增益現(xiàn)象。所以要想避免這種情況，只要用雙向測試法就可以了。

圖5 OTDR光纖測試非反射事件曲線

光纖存在斷點見圖6。曲線在末端沒有任何反射峰就掉下去了，如果知道纖芯原來的距離，在沒有到達(dá)纖芯原來的距離，曲線就掉下去了，這說明光纖在曲線掉下去的地方斷了，或者也有可能是光纖在那里打了個折。我們經(jīng)常用這個原因，在線路上排障的時候，把不能確定的纖芯打折，然后測試人員利用OTDR做實時監(jiān)測，按照圖中的這種情況來判斷纖芯。

圖6 OTDR光纖測試存在斷點曲線

測試距離過長見圖7。這種情況是出現(xiàn)在測試長距離的纖芯時，超過OTDR測量距離時所產(chǎn)生的情況，或者是距離、脈沖設(shè)置過小時所產(chǎn)生的情況。如果出現(xiàn)這種情況，OTDR的距離、脈沖又比較小的話，就要把距離、脈沖調(diào)大，以達(dá)到全段測試的目的，稍微加長測試時間也是一種辦法。

圖7 OTDR光纖測試距離過長曲線

5.2.3 光源、光功率計 光源、光功率計是測量光纖鏈路上傳送光信號強(qiáng)度的設(shè)備，是光系統(tǒng)最基本的測試儀表。它可用于光源的光功率測量、線路損耗、系統(tǒng)余量及接收靈敏度的測量；光纖配線架配置的法蘭盤及光跳纖損耗的測量；光纜鏈路每公里損耗的測量等。

5.2.4 紅光源 紅光源是利用其激光二級管發(fā)出的可見紅光進(jìn)行測試，當(dāng)紅光源發(fā)出的紅光注入光纖時，若出現(xiàn)光纖斷裂、連接器故障、彎曲過度、熔接質(zhì)量差等類似的故障時，通過發(fā)射到光纖的可見紅光，測試人員就可以對光纖的故障進(jìn)行可視定位，也可以方便地用于查找光纖。

5.3 光纖鏈路測試注意事項

5.3.1 防塵 灰塵以及其他污染是光纖網(wǎng)絡(luò)的主要危害，特別是對光纜鏈路損耗的余量只有1～2 dB時，輕微的不潔凈就可以造成嚴(yán)重的影響。在測試中，簡單檢查連接器的潔凈度以及使用防塵帽可以有效保護(hù)連接器不受污染。

5.3.2 保持測試條件的一致性 在對光纖鏈路進(jìn)行測試時，不僅要對光衰減變化較大的光纖鏈路重點檢查和測試，而且要將每次測試儀表的型號、測試參數(shù)、測試結(jié)果等做好記錄，這樣才能保證在每次測試時儀表的型號、操作方法及儀表參數(shù)設(shè)置的一致性，使得每次測試結(jié)果有可比性。

5.3.3 建立準(zhǔn)確、完整的原始測試資料 建立準(zhǔn)確、完整的光纜線路原始測試資料，是日常維護(hù)中故障點測量、定位的基本依據(jù)。因此，必須重視線路資料的收集、整理、核對工作，建立起真實、可信、完整的線路資料。■

2011-05-09